[发明专利]基于张量阻抗表面的方向图可重构大角度扫描相控阵天线

说明书

本发明提供了一种基于张量阻抗表面的方向图可重构大角度扫描相控阵天线，属于微波天线技术领域。本发明所述相控阵天线包含如下线性相控阵：该线性相控阵包含两层介质基板、金属接地板、张量阻抗表面、激励器和同轴馈电。通过激励最上层的辐射贴片产生电磁波，然后利用下层的张量阻抗表面引导表面波以增强相控阵在其端射方向的扫描范围。最后将天线单元进行合适的排列组合成相控阵天线，通过控制各个单元的馈电相位，实现了一维扫描波束在半空域接近正负90度，并且在扫描波束接近90度的时候增益达到了11dBi，副瓣也很好地控制在了‑10dB以下。

技术领域

本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种基于张量阻抗表面的方向图可重构大角度扫描相控阵天线。

背景技术

天线作为雷达系统的重要部件之一，直接影响着雷达性能的好坏和成本的高低。相控阵技术的出现使雷达技术得到了更进一步的发展。它具有灵活性好、稳定性高、波束扫描速度快等诸多优点。通过控制各个阵元的相位，能够实现波束的快速扫描，并且能够根据环境的不同自适应调节波束的指向，极大提高了雷达的性能。随着相控阵雷达技术的发展，为不断提高雷达自身的性能，人们对大角度扫描相控阵天线进行了广泛且深入地研究。大角度扫描相控阵能够在较大的空域内发现目标，为制导、探测、搜索、识别、捕获和跟踪提供了及时的信息。由于传统相控阵天线单元波束覆盖能力有限，为了实现相控阵的大角度扫描，具备联合宽波束覆盖能力的方向图可重构天线便受到国内外研究人员的青睐。方向图可重构天线由于具有主波束重构能力，可以实现主波束的大范围的动态覆盖，使其成为宽角度扫描相控阵天线单元的很好选择。张量阻抗表面能够引导电磁波在其表面传播，将张量阻抗表面和可重构天线相结合，对原本会造成天线性能恶化的表面波加以利用而非简单地抑制，增强了天线在端射方向的辐射性能，从而可以进一步提高相控阵大角度扫描的能力。

2012年杨雪松等人提出了“一种方向图可重构的相控阵天线”(专利申请号：201110422801.3；申请公布日：2012.06.27；发明人：杨雪松，张建，王秉中)，可以实现波束扫描。其结构如图1所示，整个阵列由3个阵元组成，阵元是可重构的八木微带天线。该阵列包含3个激励贴片和6个寄生贴片。激励贴片呈均匀分布，每相邻两个激励贴片之间放置一个寄生贴片。左右两侧的寄生贴片外侧还各自放置了一个寄生贴片，所有激励贴片的形状为矩形，大小相同；所有寄生贴片的形状为矩形，大小一致；激励贴片的尺寸大于寄生贴片的尺寸，每个寄生贴片的中间位置有一条竖缝和四条与竖缝相交的横缝，竖缝中均匀设置有三个连接竖缝两侧寄生贴片的开关，每个开关位于上下两侧的横缝之间，整个寄生贴片图形为上下，左右对称图形。但是这种阵列天线含有较多的寄生贴片，并且扫描角度不够大，增益不够高。

现有技术文献“基于方向图可重构天线的共形圆弧阵列研究”(发表期刊：2011年全国微波毫米波会议论文集：发表日期：2011年：作者：柏艳英，肖绍球，唐明春，王秉中)，提出了一种增益较高的可重构天线，该天线单元由刻蚀在微带基片上的三条振子条带构成，在中间条带上馈电形成驱动器，两边条带形成寄生条带。在两个寄生条带上加二极管开关，通过改变开关通断实现天线的方向图可重构。然后在此基础上沿圆柱的圆周方向设计了1*9的微带天线阵列。虽然此天线具有较高的增益，但是其波束扫描范围不够大。

因此，要使相控阵在保证高增益的前提下实现大角度扫描，已成为一个极富挑战的课题。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于张量阻抗表面的方向图可重构大角度扫描相控阵天线。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：

一种基于张量阻抗表面的方向图可重构大角度扫描相控阵天线，其单元天线为基于张量阻抗表面的八木天线，包括第一介质基板2、第二介质基板4、金属地板1、激励器5、张量阻抗表面3和同轴探针11；第一介质基板2位于金属地板1的上表面；张量阻抗表面3设置于第一介质基板2的上表面；第二介质基板4位于张量阻抗表面3的上方，且与张量阻抗表面3之间有空隙；激励器5位于第二介质基板4的上表面；